Was ist eine Deckschicht (Surface Course)?

Die Deckschicht ist die oberste Schicht eines Belagsaufbaus, die den Flugverkehr direkt trägt. Sie wird auch als Surface Course bezeichnet.

Lage der Deckschicht

AC 150/5320-6G nennt vier Teile eines Befestigungsaufbaus: die Deckschicht, die Tragschicht, die Frostschutzschicht und den Untergrund (1.6). Bei einer flexiblen Befestigung schützt jede Schicht die darunterliegende (3.15.1).

Pavement Interactive sagt, die Surface Course sei die Schicht, die mit dem Verkehr in Berührung steht. Sie enthält in der Regel die hochwertigsten Materialien. Die Surface Course kann aus einer Schicht oder aus mehreren Asphalt-Teilschichten bestehen:

• Deckschicht. Die oberste Teilschicht. Sie nimmt den Verkehrsverschleiß auf und kann bei Abnutzung entfernt und ersetzt werden.
• Binderschicht. Die Teilschicht unter der Deckschicht. Sie wird auch Zwischenschicht genannt. Sie liefert den größten Teil der Asphaltdicke, und ihre Hauptaufgabe ist es, die Last zu verteilen.

AC 150/5370-10H sagt, dass die Position P-403 für Asphalt-Binderschichten verwendet werden darf. Die Tragschicht unter der Binderschicht ist eine eigene Schicht. Siehe den Glossareintrag zur Tragschicht.

Arten der Deckschicht

• Dicht gestufter Heißasphalt (HMA). Pavement Interactive nennt es ein gut gestuftes Gemisch für den allgemeinen Gebrauch, geeignet für alle Schichten. Auf einem Flugplatz ist das die FAA-Position P-401. Die Körnungen von P-401 sind von grob bis fein gut gestuft.
• Splittmastixasphalt (SMA). Ein lückengestufter HMA, der Stein-auf-Stein-Kontakt im Gemisch bildet. Pavement Interactive sagt, er werde auf stark befahrenen Straßen in den USA fast ausschließlich als Deckschichtgemisch verwendet.
• Offenporige Reibschicht (Open-graded Friction Course). Eine dünne, durchlässige Asphaltschicht. Die FHWA sagt, dass ihre Makrotextur die Entwässerung am Kontakt von Reifen und Fahrbahn verbessert und Aquaplaning und Gischt verringert. Die FHWA nennt eine Nutzungsdauer von 7 bis 10 Jahren und sagt, dass sie an Kreuzungen ausbröckeln und sich verschieben kann. Auf einem Flugplatz nennt die FAA das Äquivalent eine Porous Friction Course (PFC).
• Portlandzementbeton (PCC). Bei einer starren Befestigung bildet die Platte die Surface Course. Das ist die FAA-Position P-501.
• Schotter. Auf einer unbefestigten Straße ist die Deckschicht Deckschotter. Das Gravel Roads Maintenance and Design Manual beschreibt das Gemisch. Deckschotter braucht Gestein für die Festigkeit, Sand zum Füllen der Hohlräume und plastische Feinanteile zum Binden der Oberfläche. Tragschotter braucht mehr grobes Gestein und wenige Feinanteile. Das Handbuch nennt als Beispiel eine Landesspezifikation. Darin hat Deckschotter 4 bis 15 Prozent Feinanteile und einen Plastizitätsindex von 4 bis 12. Tragschotter hat 3 bis 12 Prozent Feinanteile und einen Plastizitätsindex von 0 bis 6. Das Handbuch sagt, man solle die Spezifikation des eigenen Landes befolgen.

Material und Dicke

Bei einer flexiblen Befestigung ist die Deckschicht Asphaltmischgut, FAA-Position P-401. Bei einer starren Befestigung ist es die Betonplatte, Position P-501. Die Platte trägt die Last und bildet die Oberfläche. Die FAA empfiehlt P-401 für Befestigungen, die Flugzeuge über 60 000 lb (27 215 kg) bedienen. Die Position P-403 darf für 60 000 lb oder weniger verwendet werden.

AC 150/5320-6G, Tabelle 3-3, nennt die minimale Dicke der Asphaltdeckschicht. Sie beträgt 3 in (75 mm) für Befestigungen, die Flugzeuge unter 60 000 lb bedienen, und 4 in (100 mm) für schwerere Flugzeuge. Tabelle 3-4 nennt mindestens 6 in (150 mm) für die Betondeckschicht. Die Strukturbemessung legt die tatsächliche Dicke fest.

Auch jede Asphaltlage hat ein Minimum. P-401, Tabelle 2, empfiehlt für jede Körnung eine minimale Einbaudicke der Lage. Sie beträgt 3 in (75 mm) für Körnung 1, 2 in (50 mm) für Körnung 2 und 1-1/2 in (38 mm) für Körnung 3. Körnung 3 ist für Ausgleichsschichten gedacht. Pavement Interactive nennt eine Faustregel, um das Aufreißen der Schicht zu vermeiden. Die verdichtete Lage sollte mindestens das Zweifache der maximalen Korngröße betragen oder das Dreifache der nominalen maximalen Korngröße.

Manche Bereiche sind Verschüttungen von Kraftstoff, Hydraulikflüssigkeit oder anderen Lösungsmitteln ausgesetzt. Betankungspositionen und Wartungsbereiche sind Beispiele. Die FAA sagt, dort eine lösungsmittelbeständige Oberfläche zu verwenden, etwa P-501, P-404 oder P-629 (AC 150/5320-6G, 3.15.3.4).

Aufgaben der Schicht

Die Asphaltdeckschicht erfüllt drei Aufgaben:

• Sie begrenzt das Eindringen von Oberflächenwasser in die Tragschicht.
• Sie bietet eine glatte, griffige Oberfläche ohne lose Teilchen, die zu FOD werden könnten.
• Sie widersteht den Schubspannungen aus den Radlasten der Flugzeuge.

Eine Betonplatte bietet ebenfalls eine griffige Oberfläche und hält Oberflächenwasser von der Frostschutzschicht fern.

Einbau und Verdichtung

P-401 verlangt einen selbstfahrenden Fertiger mit beheizter Einbaubohle. Der Fertiger verteilt das Gemisch auf die vorgeschriebene Dicke, Ebenheit und Höhenlage. P-401 erlaubt kein Einbauen des Asphalts auf einer nassen Oberfläche. Außerdem legt sie eine Mindesttemperatur für die darunterliegende Schicht fest. Die Grenze liegt bei 40 °F (4 °C) für eine Lage von 3 in (75 mm) Dicke oder mehr. Sie beträgt 45 °F (7 °C) für eine Lage, die dicker als 2 in (50 mm) und dünner als 3 in (75 mm) ist. Der zuständige Projektvertreter (RPR) kann die Temperaturgrenze aufheben. Alle übrigen Anforderungen einschließlich der Verdichtung gelten weiterhin.

Walzen folgen dem Fertiger. P-401 verlangt selbstfahrende Walzen. Die Kolonne walzt die Lage, bis sie eine gleichmäßige Textur, die richtige Höhenlage und Querneigung sowie die geforderte Dichte im Feld hat. Die Walzenräder werden feucht gehalten, damit der Asphalt nicht anhaftet.

TxDOT beschreibt den üblichen Walzenzug:

• Vorverdichtungswalze. Die erste Walze hinter der Bohle. Meist ist es eine Vibrationswalze mit Stahlrädern.
• Zwischenwalze. Sie wird eingesetzt, wenn mehr Verdichtung nötig ist. Meist ist es eine Walze mit Gummibereifung.
• Fertigwalze. Die letzte Walze. Sie ist fast immer eine statische Stahlradwalze für die Glätte.

Die Vorverdichtungsgeschwindigkeit für eine statische Stahlradwalze oder eine Gummiradwalze beträgt 2,0 bis 3,5 mph. Für eine Vibrationswalze mit Stahlrädern beträgt sie 2,0 bis 3,0 mph. Aufeinanderfolgende Übergänge überlappen sich um mindestens 6 in (15 cm).

Die Verdichtung entscheidet darüber, wie lange die Schicht hält. Pavement Interactive sagt, dicht gestufte Gemische sollten nicht mehr als 8 Prozent Luftporen haben und nicht unter 3 Prozent fallen. Zu viele Hohlräume lassen Wasser eindringen und verursachen Ausbrechen. Zu wenige machen das Gemisch instabil. P-401 nimmt eine Charge nach Luftporen, Dichte der Deckschichtlage und Fugendichte ab. Tabelle 5 legt diese Grenzwerte fest. Die gesamten Luftporen des Gemischs betragen 2,0 bis 5,0 Prozent. Die Dichte der Deckschichtlage beträgt mindestens 92,8 Prozent. Die Fugendichte beträgt mindestens 90,5 Prozent.

Fugen und Ebenheit sind ebenfalls wichtig. Bei P-401 ist die Längsfuge einer Lage um mindestens 1 ft (30 cm) gegenüber der Fuge der darunterliegenden Lage versetzt. Die Fuge der obersten Lage liegt bei einer gewölbten Befestigung in der Mittellinie. Querfugen sind um mindestens 10 ft (3 m) versetzt. Der Auftragnehmer prüft die Ebenheit mit einer 12 ft (3,7 m) langen Richtlatte. Die Grenze liegt bei einer Abweichung von weniger als 1/4 in (6 mm) auf 12 ft. Der Auftragnehmer muss eine Abweichung korrigieren, in der sich mehr als 1/4 in (6 mm) Wasser auf der fertigen Deckschicht staut. Die Methoden sind Diamantschleifen oder der Austausch der Deckschicht auf ihre volle Dicke.

Anforderungen an die Oberfläche

EASA CS ADR-DSN.B.090 sagt, eine Pistenoberfläche sollte keine Unregelmäßigkeiten haben, die die Reibung beeinträchtigen oder Start und Landung beeinflussen. Eine befestigte Piste sollte so gebaut oder erneuert werden, dass sie mindestens das Mindestreibungsniveau erreicht. ICAO Anhang 14, Band I, 3.1.26, und die EASA geben beide eine Texturtiefe an. Eine neue Oberfläche sollte eine mittlere Texturtiefe von mindestens 1,0 mm haben.

EASA GM1 ADR-DSN.B.090 legt einen Baustandard für die Ebenheit fest. Gemessen mit einer 3 m langen Richtlatte in beliebiger Richtung, weist die fertige Deckschicht keine Abweichung über 3 mm auf. Sowohl die EASA als auch die ICAO verlangen, bei der Ebenheit sorgfältig zu sein, wenn Pistenfeuer oder Entwässerungsroste in die Oberfläche eingebaut werden.

Zwei Maßstäbe der Textur sind wichtig. Die Mikrotextur ist die Textur der einzelnen Steine. Sie ist der wichtigste Bestandteil der Griffigkeit bei niedriger Geschwindigkeit. Die Makrotextur ist die Textur zwischen den Steinen. EASA sagt, die Makrotextur bestimme vor allem die Entwässerungskapazität bei hoher Geschwindigkeit. EASA sagt außerdem, man solle ein gebrochenes Material wählen, das dem Polieren widersteht, und nennt als Maß den Polished Stone Value (PSV). Eine neue Asphaltoberfläche ist durch das Walzen meist recht glatt. AC 150/5320-12C, Absatz 2-4, nennt Wege zur Verbesserung: eine geeignete Mischungsauslegung, offenporige Reibschichten, Chip Seals, Slurry Seals und gesägte Rillen.

EASA GM1 ADR-DSN.B.191 gibt die Maße der Makrotextur an. Das volumetrische Verfahren ergibt eine mittlere Texturtiefe (MTD) und gilt von 0,25 bis 5 mm. Das Profilverfahren ergibt eine mittlere Profiltiefe (MPD) und gilt von 0 bis 5 mm. Die beiden Werte unterscheiden sich, daher ist eine Umrechnungsgleichung nötig, um MPD und MTD zueinander in Beziehung zu setzen. Die EASA nennt außerdem die ESDU-Skala, die die Pistentextur von A (0,10 bis 0,14 mm) bis E (1,01 bis 2,54 mm) einstuft.

Eine Rillung verkürzt den Entwässerungsweg. Die Standardrille der FAA ist 1/4 in mal 1/4 in groß, mit 1-1/2 in Abstand von Mitte zu Mitte. Rillen nutzen sich unter dem Verkehr ab. Man nehme einen 1 500 ft (457 m) langen Abschnitt der Piste. Sind 40 Prozent seiner Rillen 1/8 in (3 mm) oder weniger tief oder breit, ist ihre Wirkung gegen Aquaplaning stark vermindert. Die FAA verlangt dann eine Korrekturmaßnahme.

Eine offenporige Reibschicht (Porous Friction Course, PFC) ist eine dünne, offen gestufte HMA-Überlagerung, 3/4 bis 1-1/2 in (25 bis 40 mm) dick. Die FAA rät davon ab, sie auf Pisten mit mehr als 91 Strahlturbinen-Landungen pro Tag und Pistende einzusetzen. Gummiablagerungen können ihre Hohlräume verstopfen.

Reibungswerte

AC 150/5320-12C legt drei Reibungswerte fest: das Minimum, den Planungswert für die Instandhaltung und den Wert für Neubau oder Bau. Die Werte hängen vom Messgerät und der Prüfgeschwindigkeit ab. Für ein Mu-Meter bei 40 mph betragen die Werte 0,42, 0,52 und 0,72. Das Prüfintervall hängt von der täglichen Zahl der Strahlturbinen-Landungen je Pistende ab. Es reicht von 1 Jahr bei weniger als 15 Landungen bis zu 1 Woche bei mehr als 210.

Schäden

Das PAVER-Handbuch für Asphaltflugplätze nennt 17 Schadensarten. Diese sind die, die in der Deckschicht beginnen:

• Bleeding (42): ein glänzender, klebriger Film aus bituminösem Material auf der Oberfläche. Überschüssiger Asphalt oder geringe Luftporen verursachen ihn. Er wird erfasst, wenn er die Griffigkeit merklich verringert.
• Polierte Gesteinskörnung (51): die Gesteinskörnung über dem Asphalt ist sehr klein oder hat keine rauen, kantigen Partikel. Wiederholter Verkehr verursacht sie.
• Raveling (52): grobe Gesteinskörner lösen sich aus der Oberfläche.
• Verwitterung (57): das Asphaltbindemittel und die feine Gesteinsmatrix verschleißen an der Oberfläche. PAVER erfasst sie nicht dort, wo Raveling mit mittlerer oder hoher Schwere erfasst wird.
• Gleitrisse (55): halbmondförmige Risse, die bremsende oder lenkende Räder verursachen. Ein Deckschichtgemisch mit geringer Festigkeit oder eine schlechte Haftung zur Schicht darunter verursacht sie.
• Jet-Blast-Erosion (46): verbrannter oder verkohlter Bindemittelfilm. Verbrannte Stellen können bis etwa 1/2 in (13 mm) tief sein.

Spurrinnen sind ein Schaden der gesamten Konstruktion, und die Deckschicht kann die Schicht sein, in der sich Spurrinnen bilden. PAVER führt sie ebenfalls auf (53). Abwitterung (Scaling, 70) ist der entsprechende Schaden einer Betondeckschicht. Das PAVER-Handbuch für Beton nennt ihn Delamination oder Zerfall der Plattenoberfläche. Übermäßiges Glätten, fehlende Nachbehandlung, unzureichende Luftporenbildung und Frost vor dem Erreichen der Festigkeit verursachen ihn.

Textur und Reibung lassen sich nicht mit bloßem Auge beurteilen. AC 150/5320-12C sagt, dass Untersuchungen zeigen, dass visuelle Beurteilungen der Reibung nicht verlässlich sind. Sie sagt außerdem, dass visuelle Inspektionen keine schlechte Textur erkennen können und dass die Texturtiefe nur durch direkte Messung ermittelt wird. Eine visuelle Erhebung, auch eine Erhebung per Drohne, erfasst die oben genannten Oberflächenschäden. Sie ersetzt weder eine Reibungsprüfung noch eine Texturmessung.

Ersatz der Schicht

AC 150/5320-6G nennt den Ausbau und Ersatz eines Teils oder der gesamten flexiblen Deckschicht Rehabilitation. Ein Fräsen und Überlagern bringt oft erhebliche zusätzliche funktionale und strukturelle Nutzungsdauer. Das Entfernen und Ersetzen einer Schicht unter der Deckschicht ist Rekonstruktion.

Die AC nutzt den Pavement Condition Index (PCI) als Richtwert. Ein PCI über 70 kennzeichnet einen Kandidaten für Instandhaltung. Ein PCI von 55 bis 70 kennzeichnet einen Kandidaten für Rehabilitation. Ein PCI unter 55 kennzeichnet einen möglichen Kandidaten für Rekonstruktion. Die AC fügt hinzu, dass die Art der Schäden eine andere Wahl begründen kann.

Eine Überlagerung kann auch nichtstrukturelle Mängel beheben, etwa die Querneigung, das Längsprofil oder die Griffigkeit. Vor dem Fräsen werden Bohrkerne entnommen, um Dicke und Zustand der Oberfläche festzustellen. Bleibt nach dem Fräsen weniger als 2 in (50 mm) Deckschicht, neigt die dünne Schicht unter dem Baustellenverkehr zur Delamination (4.8). Profilfräsen und eine Ausgleichsschicht beheben Unebenheiten der Oberfläche wie Schiebungen, Spurrinnen und Bleeding (4.10.1.2).

Instandhaltung

Die FAA empfiehlt die Entfernung von Gummiablagerungen in Intervallen von 2 Jahren (weniger als 15 Landungen) bis 2 Monaten (mehr als 210). Eine Oberflächenbehandlung (Chip Seal) oder ein Slurry Seal (Dünnschichtbelag) stellt die Griffigkeit vorübergehend wieder her. Ein Slurry Seal hält meist 2 bis 5 Jahre und ist eine Übergangsmaßnahme bis zur Überlagerung. Eine Nebelversiegelung (Fog Seal) kann die Reibung im ersten Jahr deutlich verringern.